一种计算励磁附加调差对同步发电机动态阻尼影响的方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种计算励磁附加调差对同步发电机动态阻尼影响的方法及系统，其中方法包括：对K1、K2、K3、K4、K5、K6表示的单机无穷大系统菲利蒲‑海佛隆数学模型进行拓展，建立K1、K2、K3、K4、K′5、K′6表示的考虑附加调差后的调差模型；根据无调差时单机无穷大系统的状态方程组的特征值，求解无调差时单机无穷大系统的振荡频率；根据考虑附加调差时单机无穷大系统的状态方程组的特征值，求解考虑附加调差时单机无穷大系统的振荡频率；并计算无附加调差Xc＝0时励磁系统阻尼转矩系数KD和附加调差Xc≠0后励磁系统阻尼转矩系数KD的值；比较无附加调差Xc＝0时励磁系统阻尼转矩系数KD和附加调差Xc≠0后励磁系统阻尼转矩系数KD的差值。

【技术实现步骤摘要】
一种计算励磁附加调差对同步发电机动态阻尼影响的方法及系统
本专利技术涉及电力系统
，更具体地，涉及一种计算励磁附加调差对同步发电机动态阻尼影响的方法及系统。
技术介绍
随着特高压交直流大型互联电力系统的发展，电力系统的安全稳定运行日益重要。发电机励磁系统对保证系统电压和无功稳定具有十分显著的作用。现在大型电厂大多为发电机变压器组接线方式，且在主变压器的高压侧均并联于同一条母线。所以，同一电厂内一台机组的励磁电压发生改变，不仅会改变本机组的无功及电压，而且还会影响其它并列运行机组的无功，从而引起母线电压的变化。另外，由于主变压器本身存在较大漏抗，也会影响发电机励磁系统对系统电压的作用效果。为了改善发电机励磁系统对系统无功及电压的控制效果，励磁调节器中引入了附加调差，附加调差既可以提高电力系统的电压稳定性，又可以保证机组间无功功率的合理分配。现有技术采用适当的附加调差系数不仅是机组经济运行的要求，也是电网稳定的必要措施，同时也是新投机组的必须试验，有很大的应用价值。附加调差改善电压的同时也会对发电机的动态阻尼产生影响，然而，现在工程现场还没有衡量附加调差对发电机动态阻尼影响的量化方法，使技术人员设定附加调差系数时能兼顾对阻尼的影响。因此，需要一种技术，以实现对励磁附加调差对同步发电机动态阻尼影响的计算。
技术实现思路
本专利技术技术方案提供一种计算励磁附加调差对同步发电机动态阻尼影响的方法及系统，以解决如何计算励磁附加调差对同步发电机动态阻尼影响的问题。为了解决上述问题，本专利技术提供了一种计算励磁附加调差对同步发电机动态阻尼影响的方法，所述方法包括：对K1、K2、K3、K4、K5、K6表示的单机无穷大系统菲利蒲-海佛隆数学模型进行拓展，建立K1、K2、K3、K4、K5′、K6′表示的考虑附加调差后的调差模型；根据无调差时单机无穷大系统的状态方程组的特征值，求解无调差时所述单机无穷大系统的振荡频率；根据考虑附加调差时单机无穷大系统的状态方程组的特征值，求解所述考虑附加调差时单机无穷大系统的振荡频率；根据所述振荡频率无调差时所述单机无穷大系统的振荡频率，计算无附加调差Xc＝0时励磁系统阻尼转矩系数KD；根据所述考虑附加调差时单机无穷大系统的振荡频率，计算附加调差Xc≠0后励磁系统阻尼转矩系数KD的值；比较所述无附加调差Xc＝0时励磁系统阻尼转矩系数KD和所述附加调差Xc≠0后励磁系统阻尼转矩系数KD的差值，根据所述差值，确定励磁附加调差对同步发电机动态阻尼的影响。优选地，所述对K1、K2、K3、K4、K5、K6表示的单机无穷大系统菲利蒲-海佛隆数学模型进行拓展，建立K1、K2、K3、K4、K5′、K6′表示的考虑附加调差后的调差模型，包括：根据单机无穷大系统中发电机各电气量的向量关系可得到无功功率的表达式：式(1)中：Qe为发电机无功；utq和utd分别为发电机端电压Ut在q轴和d轴的分量；id和iq分别是机端电流在q轴和d轴的分量；xd′是发电机d轴暂态电抗；xe为发电机外部电抗；x′d∑＝x′d+xe；Eq′是发电机q轴暂态电势；Us为无穷大母线电压；δ为发电机q轴与Us的夹角，即发电机功角；xq是发电机q轴电抗；xq∑＝xq+xe；式(1)写成δ与Eq′的偏差方程的形式为：ΔQe＝K11Δδ+K12ΔEq′(2)式(2)中：ΔQe为无功变化量；Δδ为功角变化量；ΔEq′为发电机q轴暂态电势变化量；K11、K12的计算公式为：式(3)中：E′q0为发电机q轴暂态电势初始值；δ0为发电机功角初始值；发电机并网状态下，机端电压保持在额定值附近，近似认为发电机无功电流与发电机无功成同比例变化；则无功调差公式用下式表示：Ut′＝Ut+XcQe(4)式中Xc为附加调差系数；对式(4)求微分可得ΔUt′的表达式，并设ΔUt′＝K5′Δδ+K6′ΔEq′(5)其中：考虑附加调差后的调差模型就是将原菲利蒲-海佛隆数学模型的K5和K6分别用K5′和K6′代替，原模型的发电机端电压变化量ΔUt用ΔUt′代替。优选地，所述根据单机无穷大系统的状态方程组的特征值，求解单机无穷大系统的振荡频率，根据所述振荡频率，分别计算无附加调差Xc＝0时励磁系统阻尼转矩系数KD和附加调差Xc≠0后励磁系统阻尼转矩系数KD的值，包括：设励磁系统传递函数为无附加调差时励磁系统附加转矩的表达式为：式(7)中：KA和TA分别为励磁系统静态放大倍数和时间常数；T′d0为发电机开路d轴暂态时间常数；假设系统作小振幅正弦振荡，振荡角频率为ω1，则以s＝jω1代入式(7)求出无附加调差时励磁系统阻尼转矩系数式中ω0＝2πf0，中国电网f0＝50Hz，ω1为无附加调差时系统振荡频率；引入附加调差之后，振荡频率会有所变化；同理以s＝jω2代入式(7)并分别用K5′和K6′代替K5和K6，便可得到引入附加调差Xc≠0后励磁系统阻尼转矩系数KD的表达式，见式(9)；式中ω0＝2πf0，中国电网f0＝50Hz，ω2为有附加调差时系统的振荡频率。优选地，比较所述无附加调差Xc＝0时励磁系统阻尼转矩系数KD和所述附加调差Xc≠0后励磁系统阻尼转矩系数KD的差值，根据所述差值，确定励磁附加调差对同步发电机动态阻尼的影响，包括：单机-无穷大母线系统，给定系统电压Vs，发电机电压Vt、发电机有功P和无功Q，发电机电抗xd、xd'、xq，外部电抗xe，计算出E'q0、sinδ0，进而计算菲利蒲-海佛隆数学模型系数的K1、K2、K3、K4、K5、K6，给定附加调差系数Xc后，由式(3)计算模型系数K11、K12，进而通过式(6)得到系数K5′和K6′；设发电机采用理想快速励磁系统(TA＝0)传递函数为KA，不考虑发电机阻尼绕组，即D＝0，根据菲利蒲-海佛隆数学模型框图可写出无附加调差的系统状态方程组：设(10)式的系数矩阵为A；可根据下式求得矩阵A的特征值：A的特征值中有两个互为共轭的复数λ1,λ2和一个实数，其中：λ1,λ2＝α1±jω1α1为衰减系数、ω1为阻尼振荡频率、ζ为阻尼比；将ω1代入式(8)，求得无附加调差Xc＝0时的阻尼转矩系数KD；同理可写出采用附加调差时的单机无穷大系统的状态方程组：设其系数矩阵为A’；根据相同步骤求得振荡频率ω2；将ω2代入式(9)，求得采用附加调差Xc≠0后的阻尼转矩系数KD；附加调差对发电机动态阻尼的影响表达式，由附加调差带来的阻尼转矩系数增量ΔKD为将式(6)代入采用附加调差Xc≠0后的阻尼转矩系数KD的表达式(9)，再将式(9)与无附加调差Xc＝0时的阻尼转矩系数KD的表达式(8)代入式(14)，则ΔKD的表达式为：设a1、a2、b和c的表达式为：则式(15)中d、e、f和g的表达式为：对一定的发电机运行点，在Xc-ΔKD直角坐标平面上，式(15)是一条二次抛物线；e>0时抛物线开口向下，e<0时抛物线开口向上。基于本专利技术的另一方面，提供一种计算励磁附加调差对同步发电机动态阻尼影响的系统，所述系统包括：建立单元，用于对K1、K2、K3、K4、K5、K6表示的单机无穷大系统菲利蒲-海佛隆数学模型进行拓展，建立K1、K2、K3、K4、K5′、K6′表示的考虑附加调差后的调差模型；第一计算单元，用于根据单机无穷本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种计算励磁附加调差对同步发电机动态阻尼影响的方法，所述方法包括：对K1、K2、K3、K4、K5、K6表示的单机无穷大系统菲利蒲‑海佛隆数学模型进行拓展，建立K1、K2、K3、K4、K′5、K′6表示的考虑附加调差后的调差模型；根据无调差时单机无穷大系统的状态方程组的特征值，求解无调差时所述单机无穷大系统的振荡频率；根据考虑附加调差时单机无穷大系统的状态方程组的特征值，求解所述考虑附加调差时单机无穷大系统的振荡频率；根据所述振荡频率无调差时所述单机无穷大系统的振荡频率，计算无附加调差Xc＝0时励磁系统阻尼转矩系数KD；根据所述考虑附加调差时单机无穷大系统的振荡频率，计算附加调差Xc≠0后励磁系统阻尼转矩系数KD的值；比较所述无附加调差Xc＝0时励磁系统阻尼转矩系数KD和所述附加调差Xc≠0后励磁系统阻尼转矩系数KD的差值，根据所述差值，确定励磁附加调差对同步发电机动态阻尼的影响。

【技术特征摘要】
1.一种计算励磁附加调差对同步发电机动态阻尼影响的方法，所述方法包括：对K1、K2、K3、K4、K5、K6表示的单机无穷大系统菲利蒲-海佛隆数学模型进行拓展，建立K1、K2、K3、K4、K′5、K′6表示的考虑附加调差后的调差模型；根据无调差时单机无穷大系统的状态方程组的特征值，求解无调差时所述单机无穷大系统的振荡频率；根据考虑附加调差时单机无穷大系统的状态方程组的特征值，求解所述考虑附加调差时单机无穷大系统的振荡频率；根据所述振荡频率无调差时所述单机无穷大系统的振荡频率，计算无附加调差Xc＝0时励磁系统阻尼转矩系数KD；根据所述考虑附加调差时单机无穷大系统的振荡频率，计算附加调差Xc≠0后励磁系统阻尼转矩系数KD的值；比较所述无附加调差Xc＝0时励磁系统阻尼转矩系数KD和所述附加调差Xc≠0后励磁系统阻尼转矩系数KD的差值，根据所述差值，确定励磁附加调差对同步发电机动态阻尼的影响。2.根据权利要求1所述的方法，所述对K1、K2、K3、K4、K5、K6表示的单机无穷大系统菲利蒲-海佛隆数学模型进行拓展，建立K1、K2、K3、K4、K′5、K′6表示的考虑附加调差后的调差模型，包括：根据单机无穷大系统中发电机各电气量的向量关系可得到无功功率的表达式：式(1)中：Qe为发电机无功；utq和utd分别为发电机端电压Ut在q轴和d轴的分量；id和iq分别是机端电流在q轴和d轴的分量；xd′是发电机d轴暂态电抗；xe为发电机外部电抗；x′d∑＝x′d+xe；E′q是发电机q轴暂态电势；Us为无穷大母线电压；δ为发电机q轴与Us的夹角，即发电机功角；xq是发电机q轴电抗；xq∑＝xq+xe；式(1)写成δ与E′q的偏差方程的形式为：ΔQe＝K11Δδ+K12ΔE′q(2)式(2)中：ΔQe为无功变化量；Δδ为功角变化量；ΔE′q为发电机q轴暂态电势变化量；K11、K12的计算公式为：式(3)中：E′q0为发电机q轴暂态电势初始值；δ0为发电机功角初始值；发电机并网状态下，机端电压保持在额定值附近，近似认为发电机无功电流与发电机无功成同比例变化；则无功调差公式用下式表示：U′t＝Ut+XcQe(4)式中Xc为附加调差系数；对式(4)求微分可得ΔU′t的表达式，并设ΔU′t＝K′5Δδ+K′6ΔE′q(5)其中：考虑附加调差后的调差模型就是将原菲利蒲-海佛隆数学模型的K5和K6分别用K′5和K′6代替，原模型的发电机端电压变化量ΔUt用ΔU′t代替。3.根据权利要求2所述的方法，所述根据单机无穷大系统的状态方程组的特征值，求解单机无穷大系统的振荡频率，根据所述振荡频率，分别计算无附加调差Xc＝0时励磁系统阻尼转矩系数KD和附加调差Xc≠0后励磁系统阻尼转矩系数KD的值，包括：设励磁系统传递函数为无附加调差时励磁系统附加转矩的表达式为：式(7)中：KA和TA分别为励磁系统静态放大倍数和时间常数；T′d0为发电机开路d轴暂态时间常数；假设系统作小振幅正弦振荡，振荡角频率为ω1，则以s＝jω1代入式(7)求出无附加调差时励磁系统阻尼转矩系数式中ω0＝2πf0，中国电网f0＝50Hz，ω1为无附加调差时系统振荡频率；引入附加调差之后，振荡频率会有所变化；同理以s＝jω2代入式(7)并分别用K′5和K′6代替K5和K6，便可得到引入附加调差Xc≠0后励磁系统阻尼转矩系数KD的表达式，见式(9)；式中ω0＝2πf0，中国电网f0＝50Hz，ω2为有附加调差时系统的振荡频率。4.根据权利要求3所述的方法，比较所述无附加调差Xc＝0时励磁系统阻尼转矩系数KD和所述附加调差Xc≠0后励磁系统阻尼转矩系数KD的差值，根据所述差值，确定励磁附加调差对同步发电机动态阻尼的影响，包括：单机-无穷大母线系统，给定系统电压Vs，发电机电压Vt、发电机有功P和无功Q，发电机电抗xd、xd'、xq，外部电抗xe，计算出E′q0、sinδ0，进而计算菲利蒲-海佛隆数学模型系数的K1、K2、K3、K4、K5、K6，给定附加调差系数Xc后，由式(3)计算模型系数K11、K12，进而通过式(6)得到系数K′5和K′6；设发电机采用理想快速励磁系统TA＝0时传递函数为KA，不考虑发电机阻尼绕组，即D＝0，根据菲利蒲-海佛隆数学模型框图可写出无附加调差的系统状态方程组：设(10)式的系数矩阵为A；可根据下式求得矩阵A的特征值：A的特征值中有两个互为共轭的复数λ1,λ2和一个实数，其中：λ1,λ2＝α1±jω1α1为衰减系数、ω1为阻尼振荡频率、ζ为阻尼比；将ω1代入式(8)，求得无附加调差Xc＝0时的阻尼转矩系数KD；同理可写出采用附加调差时的单机无穷大系统的状态方程组：设其系数矩阵为A’；根据相同步骤求得振荡频率ω2；将ω2代入式(9)，求得采用附加调差Xc≠0后的阻尼转矩系数KD；附加调差对发电机动态阻尼的影响表达式，由附加调差带来的阻尼转矩系数增量ΔKD为将式(6)代入采用附加调差Xc≠0后的阻尼转矩系数KD的表达式(9)，再将式(9)与无附加调差Xc＝0时的阻尼转矩系数KD的表达式(8)代入式(14)，则ΔKD的表达式为：设a1、a2、b和c的表达式为：则式(15)中d、e、f和g的表达式为：对一定的发电机运行点，在Xc-ΔKD直角坐标平面上，式(15)是一条二次抛物线；e>0时抛物线开口向下，e&...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍承祥，吴剑超，高磊，马晓光，李志强，武朝强，魏巍，朱艳卿，杨超，李照庭，黄兴，于大海，濮钧，何凤军，卜广全，
申请(专利权)人：中国电力科学研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11